电离层声重波扰动的高频无线电诊断

为了充分发挥现代数字式电离层探测仪在电离层结构与优动研究中的潜力,必须在传统的频高图真高换算的基础上,发展新的反演理论和算法.本文介绍了随时空缓变的各向异性电离层介质中无线电波包传播的广义射线方程组,讨论了计算波包射线几何路径以及计算波包参数,如频移、波矢、群时延等沿射线路径变化的传播正问题,并详细讨论了根据波包参量的测定值反演介质结构和扰动伏态的传播反问题.文中若干实验实例表明,这种反演理论和算法可用于数字式电离层探测仪记录的分析,它使高频无线电波探测技术成为研究全球电离层声重波一类扰动的有力工具。     

非单一电离层扰动场的台阵探测分析

真实的ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动是非平稳和色散的，而且是统计非单一的．本文首先给出了描述这种真实扰动场的数学模型，进而导出了联系台阵探测可测量与扰动场传播参量的观测方程，在此基础上提出了求解观测方程的时频分析方法．这一台阵探测数据分析的新方法，既能分离出非单一电离层扰动场中各种准单一扰动成分，又能获得准单一扰动成分传播参量随时间的演变和随频率的色散．分析实例表明，本文方法分辨率好，精度高，结果可靠，是适用于ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动台阵探测数据分析的有效方法．     

武汉地区中尺度电离层声重波扰动的变化特性

利用武汉电离层观象台高频多普勒台阵的覆盖太阳活动高、低年份，长达５年的连续观测数据，采用小波分析等方法估算电离层声重波扰动（ＴＩＤ）的传播参量，通过这些参量对武汉地区电离层扰动形态和变化规律进行了系统分析研究．结果表明，观测到的中尺度电离层声重波扰动（ＭＳＴＩＤ）存在二个显著季变化，在传播速度和周期上有明显差异的优势传播方向：一个指向东北方，传播的方位角主要分布在３０°─７０°之间（０°为正北，以顺时针方向表示传播方位角），它在夏季出现率最大，冬季基本消失；另一个优势方向指向正南，方位角主要分布在１５０°─２２０°范围，主要出现在冬季．文中还给出了ＭＳＴＩＤ的年、日变化，并进一步探讨了其变化特性的可能形成机理．     

利用高分辨力多普勒频高图观测和分析电离层扰动

本文分下列四节:1.电离层扰动的研究简述,2.多普勒频高图的观测及处理,3.折射指数等值面法向速度的计算,4.实例分析和讨论。利用DGS-256数字式测高仪所获得的多普勒频高图,分析了电离层中大气声重波等的扰动情况,首次得出了速度的高度剖面,如图1-3所示;由三个反演公式的计算结果十分相近,表明实验与理论是一致的。     

大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动

本文研究了大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动的性质．当重力波的传播方向与磁场方向倾斜相交时，重力波在Ｆ区产生行进电离层扰动．当重力波垂直于磁场传播时，能触发等离子体Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，形成大尺度赤道扩展Ｆ不均匀体．重力波引起的扩展Ｆ主要出现于晚上，行进电离层扰动则可能出现于任何时间．本文建立了行进电离层扰动和大尺度赤道扩展Ｆ的统一理论模型，深入全面地揭示了电离层扰动的性质．     

电离层声重波引起的高频多普勒频移

本文给出了电离层中存在电离运动时的高频无线电波的多普勒频移的表达式,讨论了用高频多普勒阵研究电离层声重波扰动有关的若干电波传播问题。     

基于Swarm卫星数据的一次地震电离层现象辨识

为进一步探索基于多颗卫星观测数据的地震电离层现象识别,利用Swarm星座三颗卫星观测的电子密度数据和磁场数据,对已报道的2017年11月12日伊朗M_W7.3地震震前第9天震中附近的一次地震电离层扰动现象进行辨识。通过分析三颗卫星相邻轨道的电离层扰动特征,获得了异常扰动存在的空间范围;利用Swarm星座三颗卫星轨道的时间和空间差异,计算出异常扰动在空间中可能的传播特征;使用同步观测的磁场数据判断其电磁辐射特性。最终根据现有对地震电离层耦合的认知,并结合分析的结果,认为该扰动为非震源发出的声重波扰动,非沿纬向传播的电离层行波扰动,非同步电磁辐射引发扰动,而是与伊朗M_W7.3地震孕育活动无关的一次高纬度强烈电离层活动所引起的扰动变化。      

电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究，本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析，目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆（或近海）强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明，在这两次台风影响期间，电离层形态中除有明显的波状扰动（中尺度声重波）出现外，还有一些值得注意的新现象：波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变，在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F（Spread F）现象，显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致，文中开展了对这一现象的非线性数值模拟，模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.     

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量(total electron content,TEC),分析了 2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构:瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北—东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向(向南)传播,从而形成垂直磁力线方向(东西)的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.     

基于人工电离层扰动对地-电离层波导传播的VLF波的影响

基于低电离层加热理论和甚低频电波在地-电离层波导中传播理论,建立低电离层扰动对甚低频电波传播影响的分析模型,并利用实验数据验证了该模型的正确性.据此模型,研究了加热功率、加热波极化以及背景参数所导致的低电离层扰动对不同频率甚低频电波传播的影响.结果表明,低电离层扰动越强,则通过该区域内甚低频波幅度和相位的相对变化越强,通过研究地-电离层波导甚低频信号通过人工扰动区域后幅度和相位的变化,可望用于诊断人工电离层扰动强度.     

利用日本GPS网探测2011年Tohoku海啸引发的电离层扰动

海平面的海啸波会产生大气重力波进而引发电离层扰动.本文利用日本GPS总电子含量数据来探测2011年3月11日Tohoku海啸引发的电离层扰动.观测结果表明,在日本上空的电离层中存在两种重力波信号,分别由海平面的海啸波以及地震破裂过程产生.地震产生的电离层重力波分布在震中周围（包括海洋上空以及远离海洋的区域）,而海啸引发的电离层重力波主要分布在海洋上空.地震产生的电离层重力波具有不同的水平速度,包括约210 m·s^-1以及170 m·s^-1,其频率为1.5 mHz;而海啸引发的电离层重力波水平速度快于前者,约为280 m·s^-1,其频率为1.0 mHz.此外,海啸引发电离层重力波与海平面上的海啸波有相似的水平速度、方向、运行时间、波形以及频率等传播特征.本文的研究将电离层中的海啸信号与地震信号区分开来,进一步确认电离层对海啸波的敏感性.     

Spectral characteristics of magnetogravity waves generated by high-energy mass source in the equatorial region of the atmosphere,Part I

The possibility of magnetogravity wave (MGW) propagation in the equatorial ionosphere taking into account the finite conductivity is analyzed. The dispersion relation shows the existence of two propagating MGW modes in ionospheric layer F2: high-frequency (HF MGW) and low frequency (LF MGW). The dispersion relations for them are executed and the characteristic frequencies and propagation velocities are determined. In this part of research the spectral features of disturbances in components of environment displacement for HF MGW, generated by a mass source, is carried out. The results are applied to estimate the values of density, pressure and magnetic field spectral components of magnetogravity disturbances caused by horizontal meteor sweep. They may be useful in the analysis of ionospheric disturbances excited by high energy geophysical sources.     

Incoherent scatter radar observations of AGW/TID events generated by the moving solar terminator

Observations of traveling ionospheric disturbances (TIDs) associated with atmospheric gravity waves (AGWs) generated by the moving solar terminator have been made with the Millstone Hill incoherent scatter radar. Three experiments near 1995 fall equinox measured the AGW/TID velocity and direction of motion. Spectral and cross-correlation analysis of the ionospheric density observations indicates that ST-generated AGWs/TIDs were observed during each experiment, with the more-pronounced effect occurring at sunrise. The strongest oscillations in the ionospheric parameters have periods of 1.5 to 2 hours. The group and phase velocities have been determined and show that the disturbances propagate in the horizontal plane perpendicular to the terminator with the group velocity of 300–400 m s^–1 that corresponds to the ST speed at ionospheric heights. The high horizontal group velocity seems to contradict the accepted theory of AGW/TID propagation and indicates a need for additional investigation.     

On the production of traveling ionospheric disturbances by atmospheric gravity waves

This paper deals with how atmospheric gravity waves produce the traveling ionospheric disturbances (TIDs) that are observed by ionosondes. It is shown that, rather than directly producing variations of ionospheric height, a likely mechanism involves changes in ionization density by gradients in the horizontal atmospheric gravity wave air motion. These density changes can be observed as variations of the height of an ionospheric isodensity surface (the usual way of measuring TIDs). This mechanism involving enhancement/depletion of ionospheric density requires quite moderate atmospheric gravity wave air motion speeds, and works well at almost all latitudes.     

利用GPS网观测反射海啸波引发的电离层扰动

震中产生的海啸波传播到海岸或者遇到水下障碍时会发生反射,从而形成反射海啸波.本文利用稠密的日本GEONET网,首次在电离层扰动图中观测到2011年3月11日Tohoku地震引发的反射海啸波信号.观测到的电离层扰动与海平面的反射海啸波具有相似的波形、水平速度、方向、周期以及到达时间等传播特征,表明观测的电离层扰动为反射海啸波所引起,本文的观测结果表明反射海啸产生的大气内重力波也能向上传播到电离层与等离子体作用.     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

Geomagnetic field effects of the Chelyabinsk meteoroid

An analysis was conducted of time variations in geomagnetic field components on the day of the Chelyabinsk meteorite event (February 15, 2013) and on control days (February 12 and 16, 2013). The analysis uses the data collected by magnetic observatories in Novosibirsk, Almaty, Kyiv, and Lviv. The distance R from the explosion site to the observatories varies in the range 1200–2700 km. The flyby and explosion of the Chelyabinsk cosmic body is found to have been accompanied by variations mainly in the horizontal component of the geomagnetic field. The variations are quasi-periodic with a period of 30–40 min, an amplitude of 0.5–2 nT for R ≈ 2700?1200 km, respectively, and a duration of 2–3 h. The horizontal velocity of the geomagnetic field disturbances is close to 260–370 m/s. A theoretical model of wave disturbances is proposed. According to the model, wave disturbances in the geomagnetic field are caused (a) by the motion of the gravity wave generated in the atmosphere by the falling space body and (b) by traveling ionospheric disturbances, which modulate the ionospheric current at dynamo altitudes. The calculated amplitudes of the wave disturbances are 0.6–1.8 nT for R ≈ 2700?1200 km, respectively. The estimates are in good agreement with the observational data. Disturbances in the geomagnetic field level (geomagnetic pulsations) in the period range 1–1000 s are negligible (less than 1 nT).